海勒式间接空冷控制技术在300 MW火电机组中的应用及研究

张志刚,白东海,王 健

（国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

海勒式间接空冷控制技术在300 MW火电机组中的应用及研究

张志刚,白东海,王 健

（国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

介绍了山阴昱光电厂海勒式间接空冷系统的控制逻辑以及系统和设备的保护逻辑。分析和总结了在调试和运行过程中遇到的各种问题,并提出了具体的解决方法和措施,极大地减轻了运行人员的操作,同时也保护了设备的安全。

海勒式间接空冷系统；顺序控制；凝汽器

0 引言

海勒式间接空冷是由匈牙利的海勒教授创建的带有喷射式混合凝汽器的空冷系统，近年来该技术在国外已经有了较大地发展和应用，而在国内应用的比较少，山西省目前只有山阴昱光电厂一家。海勒式间接空冷技术与直接空冷相比主要有如下的优点: 用水量及耗水率低；冷却效率高，提高了电厂的经济效率；受气候条件的影响小；采用烟塔合一，通过冷却塔排烟对环境影响小; 噪音较低。

1 某电厂设备现状

山阴昱光电厂2×300 MW机组采用海勒式间接空冷系统。如图1所示，2台机组配置1座空冷塔，冷却扇段在塔内交错布置（每台机组共有5个扇段，1号、2号、3号扇段为一部分，4号、5号扇段为一部分，这两部分各设有一个旁路阀）。每台机组的循环水系统由自然通风间接空冷塔、2×50 %容量水力机械组（每台水力机械组包含1台循环水循环泵、1台能量回收水轮机和1台驱动电动机）、循环水管道、凝汽器组成，在循环泵出口及水轮机入口有用于快关的液压阀,系统冷热水事故疏水门则是采用能够快开的液压阀。

海勒式间接空冷系统有两次换热：第一次在喷射式凝汽器内对汽轮机排气的冷凝，属混合式换热；第二次是由循环泵将凝汽器内的循环水送入空冷塔经与空气换热进行冷却，属表面式换热。循环水冷却系统是指担任散热任务的冷却三角和空冷塔等，循环水进入混合式凝汽器，与汽机排汽混合换热以冷却汽机排汽，受热后的大部分循环冷却水约98%由循环泵送入冷却塔经与空冷散热器的冷却元件（冷却三角）与空气进行表面换热，少部分约2%经过精处理装置送到汽机回热[1]。冷却后的循环水再由与循环泵同轴安装的水力机械组经压头回收后返回凝汽器去冷却汽轮机排汽，整个循环水系统全部采用合格的除盐水。

分散式控制系统DCS(Distributed Control System)采用美国 ABB公司生产的Symphony控制系统，其中给间接空冷系统配置了2对冗余的控制器，而循环水系统和辅机干冷共用2对冗余的控制器。

2 系统的主要保护逻辑和控制功能描述

2.1 循环水系统

海勒式间接空冷的循环水系统主要有循环泵、循环泵入口电动阀、循环泵出口液动阀、水轮机导叶、水轮机导叶入口液动阀、水轮机出口电动阀，以及担负散热任务的冷却三角散热器、百叶窗、空冷塔等。

图1 海勒式间接空冷系统简图

2台循环水泵将来自喷射式凝汽器的循环水经过冷却塔冷却扇段然后从冷却塔再回到喷射式凝汽器。管道系统内恒定的压力由水轮机导叶的位置进行控制，其同时控制冷却元件顶部的水位。系统内恒定的水量由储水箱和凝汽器水位控制。

水力机械功能组包括同轴连接布置的循环水泵、水轮机以及驱动电机，除此以外还有2台位于泵的排水侧以及水轮机进口侧的水压重锤阀，作为冷却系统和喷射式凝汽器的必要保护设备。在泵的吸入侧以及水轮机出口侧有2台用于阻断水力机械组的电动机械阀门。水力机械功能组的顺序控制可分为打开和关闭两种程控。打开程序分为水力机械组一次启动和水力机械组二次启动，打开程序的启动由操作员手动启动，关闭程序可以由操作员手动启动或者通过一些保护程序自动完成。所有打开程序均有一些前提条件，这些条件必须在启动程序开始之前得到满足。关闭程序的自动启动有一定标准要求，操作员可以在任何时候手动启动关闭程序。

2.2 温度（百叶窗）控制

冷却三角扇段由冷却塔外围电动机械百叶窗，相应的电动机械进水阀门，出水阀门，冷热水疏水阀门等组成。冷却三角扇段并排连接并独立工作，因此5个扇段功能组控制是完全相同的，主要执行冷却三角扇区的顺控投入和退出，以及在出现故障时启动扇区的自动疏水功能。

冷却三角在第三个面上(进气侧)安装有百叶窗，夏季情况下百叶窗大部分时间是全开的。而当环境温度偏低，尤其在冬季时可以使冷凝器内产生更低的真空度（低于阻塞点真空度），因此需要通过关小百叶窗的开度来降低冷却塔的散热能力。

打开百叶窗：主热水管线的温度高于（设定点+非工作区），就发打开百叶窗的脉冲指令，如果240 s后打开百叶窗的条件仍在，就接着再发打开百叶窗的指令，直到打开百叶窗的条件不存在。

关闭百叶窗：主热水管线的温度低于（设定点－非工作区），就发关闭百叶窗的脉冲指令，如果240 s后关闭百叶窗的条件仍在，就接着再发关闭百叶窗的指令，直到关闭百叶窗的条件不存在；主热水管线的温度高于（设定点－3×非工作区），就发关闭百叶窗的脉冲指令，如果120 s后关闭百叶窗的条件仍在，就接着再发关闭百叶窗的指令，直到关闭百叶窗的条件不存在。

百叶窗的保护：环境温度<2 ℃，扇区出水温度<(12－环境温度×0.2) ℃发90 s脉冲关闭百叶窗；扇区冷却柱温度共有4个，其中任意一个<6℃，发6 s的脉冲指令关闭百叶窗，同时在90 s后，如果本扇区任意一个冷却柱温度仍<6 ℃就再发6 s的关闭百叶窗脉冲指令，直到本扇区所有的冷却柱温度>10 ℃； 环境温度<2 ℃，本扇区刚投运（扇区刚充水完成），发60 s的脉冲指令关闭百叶窗。

百叶窗的同步：在扇区充水完成后，由于百叶窗的位置反馈都是依靠指令在DCS逻辑中计算出来的，因此运行人员监视不到百叶窗的实际位置，只能定期去就地检查。并且同一个扇区每个百叶窗的实际开关时间有差异，而发指令的时间却一样，这样百叶窗动作的次数多了以后，造成同一扇区每个百叶窗的位置不一致，这样就造成了百叶窗开度大的部分对应的冷却元件在冬季可能被冻坏。因此运行人员应该每隔一段时间对处于运行状态扇区的百叶窗执行一次位置同步程序。百叶窗同步顺序如下。

a）确定并记忆存储在发出同步指令时相应扇段百叶窗执行器的平均位置。

b）关闭相应扇段百叶窗。

c）发出百叶窗打开指令直到百叶窗平均位置达到记忆存储时的平均位置。

2.2.1 压力控制

压力控制的任务在于确保冷却系统内冷却元件和管道内理想的压力状态。其主要任务是保持冷却元件顶部水位以确保冷却元件中冷却水的正常循环，防止空气进入系统，同时确保冷却系统的最大流量。

通过水轮机导叶对5个三角冷却扇区的立管水位进行控制：当5个立管水位中的最小水位>3800mm，以一定的速率加大水轮机导叶的开度，时间为2 s，同时在5 s后，如果开启水轮机导叶开度的条件仍存在，就再发2 s的指令加大水轮机导叶的开度，直到5个立管水位中的最小水位<3 750mm；当5个立管水位中的最小水位<2800 mm，以一定的速率减小水轮机导叶的开度，时间为2 s，同时在5 s后，如果减小水轮机导叶开度的条件仍存在，就再发2 s的指令减小水轮机导叶的开度，直到5个立管水位中的最小水位>2 850mm。

2.2.2 水平衡控制

水平衡控制的目的是确保凝汽器和储水箱内正确和理想水位。 凝汽器水位控制优先于储水箱水位控制。

3 海勒式间接空冷系统调试问题分析及建议

a) 所有扇段百叶窗的位置反馈都是依靠开关指令在DCS逻辑中计算出来的，并不能准确地反映百叶窗的实际位置，只能定期去就地检查，建议把百叶窗的位置信号从就地引到运行操作画面上来，这在河坡项目的间接空冷系统上实现了。EGI（日产公司）设计扇区百叶窗的控制采用的是开关量信号，不同于传统的模拟量控制，极大地增加了控制的难度，造成背压的大幅波动，自动控制投入的效果不理想。

b）凝汽器水位控制的设计不合理，由于采用的是带中停地电动门，结果造成凝汽器水位的波动，为了使得凝汽器水位控制平稳，避免造成机组不必要的扰动和跳机。增加了一个薄膜气动调节阀调节凝汽器水位，而电动门改为在凝汽器水位<2060mm时保护开，凝汽器水位>5 100 mm时保护关。经过改进后的凝汽器水位控制平稳，满足了机组运行的要求。

c）循环泵出口液动阀和水轮机导叶入口液动阀只设计了一个电磁阀，这样做不安全，因为当一个电磁阀出现故障时，液动阀就会关闭，进而造成循环泵跳闸，很快就会导致背压大幅升高，造成低压缸防爆膜破裂，机组停机，这种情况在调试中发生过。因此需要在原先的电气回路上再增加一个电磁阀，这样，就可以有效地防止机组误动。

4 结论

本文阐述了海勒式间接空冷控制技术在300MW火电机组中的应用，其中以在山阴昱光电厂的调试经验为基础，分析和总结了在调试过程中遇到的各种问题和解决的方法。300 MW海勒式间接空冷系统的顺控和保护比较完善，极大地减轻了运行人员的操作，同时也保护了设备的安全。但也在其他方面存在一些弊端，尤其是在冬季的时候，由于百叶窗的位置反馈都是依靠指令计算出来的，并不能准确反映百叶窗的实际位置，因此需要运行人员经常执行同步操作，并就地实际检查，防止同一扇区的百叶窗开度不一致，造成冷却元件冻裂，这种情况在河坡电厂间接空冷调试中进行了改进。另外，百叶窗的温度自动控制效果不理想，需要运行人员手动操作来控制热水管线的温度。

[1] 田亚钊，陈晓峰. 直接空冷系统与海勒式间接空冷系统的比较[J].华北电力技术，2006（1）:38-41.

Application and Research o f Heller Indirect Air Cooling Control Technology in 300 MW Coal-f ired Power Unit

ZHANG Zhigang, BAI Donghai, WANG Jian

（State Grid Shanxi Electirc Power Research Institute, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

The paper discusses control and protection logic of Heller indirect air cooling system in Shanyin Yuguang power plant. Various problems during commissioning and operation are analysed and summarized, and specific solutions and measures are proposed.

Heller indirect air cooling; sequence control; control scheme

TK264.1

B

1671-0320（2016）04-0048-04

2016-03-11，

2016-05-24

张志刚（1975）,男，山西定襄人，2005年毕业于太原理工大学自动化专业，工程师，从事热工自动化研究工作；白东海（1980），男，山西太原人，2007年毕业于太原理工大学电子信息专业，高级工程师,从事热工自动化研究工作；

王 健（1989），男，山西浑源人，2011年毕业于山西职业技术学院机电一体化专业，从事热工自动化研究工作。